多雷達(dá)信號(hào)級(jí)數(shù)據(jù)融合技術(shù)研究

杜天有

摘 要：隨著雷達(dá)技術(shù)的飛速發(fā)展，雷達(dá)性能獲得了很大的提高，各種面向復(fù)雜背景的多雷達(dá)系統(tǒng)隨之涌現(xiàn)。多雷達(dá)信息融合、協(xié)同探測(cè)等技術(shù)使分布在不同作戰(zhàn)平臺(tái)上的傳感器實(shí)現(xiàn)信息共享、探測(cè)性能最大化。本文介紹了多雷達(dá)系統(tǒng)數(shù)據(jù)融合技術(shù)的發(fā)展，給出了多雷達(dá)數(shù)據(jù)融合常見(jiàn)的幾種方法，重點(diǎn)介紹了信號(hào)級(jí)的數(shù)據(jù)融合技術(shù)原理，并仿真分析了信號(hào)級(jí)數(shù)據(jù)融合對(duì)雷達(dá)檢測(cè)性能的提高。

關(guān)鍵詞：數(shù)據(jù)融合；協(xié)同探測(cè)；雷達(dá)

中圖分類(lèi)號(hào)： TN958.92 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)： 1673-1069（2016）17-144-2

0 引言

隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，新的威脅和作戰(zhàn)方式層出不窮，對(duì)水面艦艇安全帶來(lái)了極大威脅。敵方可以從隱身飛機(jī)、水面艦艇、潛艇上，對(duì)我發(fā)射精確制導(dǎo)的武器。同時(shí)敵方的電子干擾，及來(lái)自高空、低空、超低空、多批次、高強(qiáng)度與飽和攻擊的威脅。這些威脅具有高快隱、低小慢（低被探測(cè)）等主要特征，使得單部雷達(dá)探測(cè)敵空中目標(biāo)越來(lái)越困難、預(yù)警時(shí)間越來(lái)越短、攔截打擊的難度越來(lái)越大，依賴(lài)單一的雷達(dá)已經(jīng)無(wú)法滿(mǎn)足作戰(zhàn)系統(tǒng)的需求。

多雷達(dá)數(shù)據(jù)融合能產(chǎn)生比系統(tǒng)中單部雷達(dá)更有效、更精確的目標(biāo)探測(cè)位置和識(shí)別威脅，并在此基礎(chǔ)上，對(duì)戰(zhàn)場(chǎng)態(tài)勢(shì)和威脅等級(jí)進(jìn)行估計(jì)，實(shí)現(xiàn)戰(zhàn)場(chǎng)作戰(zhàn)透明化，為軟殺傷和硬摧毀直接提供作戰(zhàn)所需精確數(shù)據(jù)。因而，協(xié)同探測(cè)在現(xiàn)代C4IKSR系統(tǒng)中得到了廣泛的應(yīng)用。多雷達(dá)信號(hào)和數(shù)據(jù)融合可以有效拓寬目標(biāo)探測(cè)與時(shí)-空偵察監(jiān)視的覆蓋范圍，增強(qiáng)目標(biāo)探測(cè)的實(shí)時(shí)性，提高目標(biāo)識(shí)別的準(zhǔn)確性，改善系統(tǒng)的抗干擾性能，改進(jìn)系統(tǒng)工作的可靠性、容錯(cuò)性，降低系統(tǒng)成本。

1 多雷達(dá)數(shù)據(jù)融合的分類(lèi)

多雷達(dá)數(shù)據(jù)融合是利用多傳感器信息進(jìn)行多級(jí)別、多方面、多層次信息檢測(cè)、相關(guān)、估計(jì)和綜合以獲得目標(biāo)的狀態(tài)和特征估計(jì)以及態(tài)勢(shì)和威脅評(píng)估的一種多級(jí)別自動(dòng)信息處理過(guò)程，它將不同來(lái)源、不同模式、不同時(shí)間、不同地點(diǎn)、不同表現(xiàn)形式的信息進(jìn)行融合，最后得出被感知對(duì)象的更精確的描述。按照不同的融合級(jí)別、層次，多雷達(dá)數(shù)據(jù)融合可以分為航跡級(jí)融合、點(diǎn)跡級(jí)融合、信號(hào)級(jí)融合。（見(jiàn)表1）

2 多雷達(dá)信號(hào)級(jí)數(shù)據(jù)融合原理

由于雷達(dá)單個(gè)脈沖的回波能量有限，通常雷達(dá)采用多個(gè)脈沖串進(jìn)行積累，以提高信噪比，然后再進(jìn)行檢測(cè)判決。但是在大多數(shù)情況下，由于雷達(dá)在一個(gè)波位上停留的時(shí)間有限，因此，對(duì)一個(gè)波位的回波信號(hào)進(jìn)行積累的脈沖個(gè)數(shù)是有限的，單個(gè)雷達(dá)的回波信號(hào)積累提高信噪比的程度就會(huì)受到限制。多雷達(dá)信號(hào)級(jí)數(shù)據(jù)融合正是解決這個(gè)問(wèn)題，通過(guò)一定的技術(shù)途徑，讓不同雷達(dá)站點(diǎn)之間的多個(gè)回波信號(hào)脈沖串能夠進(jìn)行積累，進(jìn)一步提高信噪比。

多脈沖積累按處理方法分為相干積累和非相干積累。相干積累利用脈沖之間的相位關(guān)系獲得信號(hào)幅度的疊加，而非相干積累是在包絡(luò)檢波之后進(jìn)行，信號(hào)已經(jīng)失去脈沖之間的相位關(guān)系，脈沖之間直接進(jìn)行信號(hào)幅度的疊加。對(duì)單個(gè)雷達(dá)而言，現(xiàn)代雷達(dá)信號(hào)處理技術(shù)基本都采用相干技術(shù)，但是，在目前的技術(shù)水平下，由于不同站點(diǎn)之間的時(shí)間同步精度限制，多站雷達(dá)之間的信號(hào)融合只能進(jìn)行信號(hào)非相干積累。

多雷達(dá)信號(hào)級(jí)數(shù)據(jù)融合過(guò)程如圖1所示，每個(gè)雷達(dá)站點(diǎn)分別對(duì)重點(diǎn)區(qū)域進(jìn)行旋轉(zhuǎn)掃描、非相干積累，然后通過(guò)數(shù)據(jù)傳輸鏈路發(fā)送積累后的回波數(shù)據(jù)到融合處理中心，融合處理中心接收每個(gè)雷達(dá)節(jié)點(diǎn)的回波數(shù)據(jù)，然后進(jìn)行目標(biāo)的時(shí)空對(duì)準(zhǔn)與融合檢測(cè)。

圖1 多雷達(dá)信號(hào)級(jí)數(shù)據(jù)融合過(guò)程

3 信號(hào)級(jí)數(shù)據(jù)融合對(duì)檢測(cè)性能的改善

奈曼-皮爾遜準(zhǔn)則在雷達(dá)信號(hào)檢測(cè)中應(yīng)用廣泛，該準(zhǔn)則要求在給定信噪比條件下，滿(mǎn)足一定虛警概率時(shí)檢測(cè)概率最大。檢測(cè)性能的好壞體現(xiàn)在兩個(gè)方面：①在給定的信噪比條件下，滿(mǎn)足一定的虛警概率時(shí)，檢測(cè)概率的大小；②滿(mǎn)足一定的虛警概率、檢測(cè)概率時(shí)，雷達(dá)對(duì)最小可檢測(cè)信噪比的要求高低。下面從這兩個(gè)方面進(jìn)行仿真驗(yàn)證信號(hào)級(jí)數(shù)據(jù)融合對(duì)檢測(cè)性能的改善。

3.1 融合對(duì)檢測(cè)性能的提升

仿真情景假設(shè)有四個(gè)雷達(dá)站點(diǎn)，每個(gè)雷達(dá)站點(diǎn)的信噪比條件完全一致，滿(mǎn)足一定的虛警概率時(shí)，仿真分析融合之后相對(duì)單站雷達(dá)檢測(cè)概率能夠提升多少。（見(jiàn)圖2，圖3）

可以看出，滿(mǎn)足一定的虛警概率0.06（融合后檢測(cè)門(mén)限因子1.18）時(shí)，檢測(cè)概率由融合之前單站雷達(dá)的68%提高到100%。

3.2 融合對(duì)信號(hào)信噪比要求的降低

仿真情景假設(shè)雷達(dá)要求的檢測(cè)性能是虛警概率Pfa=10-3，檢測(cè)概率是Pd=95%，仿真分析融合之后與單站雷達(dá)相比要求的最小可檢測(cè)信噪比降低多少dB。（見(jiàn)圖4，圖5）

可以看出，單站雷達(dá)滿(mǎn)足給定的虛警概率Pfa=10-3、檢測(cè)概率Pd=95%時(shí)，信噪比為9.6dB；融合之后，滿(mǎn)足給定的虛警概率Pfa=10-3、檢測(cè)概率Pd=95%時(shí)，信噪比為5.2dB；仿真表明4個(gè)雷達(dá)站點(diǎn)的信號(hào)級(jí)數(shù)據(jù)融合可以降低檢測(cè)性噪比4.4dB。

4 結(jié)束語(yǔ)

為了有效地進(jìn)行海上編隊(duì)作戰(zhàn)，必須通過(guò)發(fā)展分布式多平臺(tái)協(xié)同探測(cè)的綜合信息系統(tǒng)，其中多個(gè)傳感器進(jìn)行信號(hào)級(jí)數(shù)據(jù)融合是一種主要的協(xié)同探測(cè)方式。本文主要針對(duì)信號(hào)級(jí)數(shù)據(jù)融合協(xié)同探測(cè)技術(shù)進(jìn)行研究，針對(duì)數(shù)據(jù)融合對(duì)雷達(dá)檢測(cè)性能的提升進(jìn)行仿真分析，仿真結(jié)果表明信號(hào)級(jí)數(shù)據(jù)融合能夠有效提高探測(cè)系統(tǒng)的檢測(cè)性能。

參 考 文 獻(xiàn)

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